貴州苦蕎飯中黃曲霉毒素B1物理降解技術對比

,*

(1.貴州省農業(yè)科學院食品加工研究所,貴州貴陽 550006;2.貴州理工學院食品藥品制造工程學院,貴州貴陽 550003;3.貴州省威寧縣東方神谷有限責任公司,貴州威寧 553100;4.貴州省威寧縣農業(yè)農村局,貴州威寧 553100)

貴州作為全國苦蕎主產區(qū)之一,種植面積常年位居全國前三,苦蕎加工產業(yè)發(fā)達,加工制品多樣,有苦蕎飯、苦蕎酥、苦蕎茶等一系列產品,其中苦蕎飯作為當?shù)靥厣朗?已經逐漸走向全國市場?？嗍w主要生長于高寒山區(qū),氣候相對潮濕,苦蕎籽粒在溫潮濕的環(huán)境中,極易受到害蟲危害、易霉變、易陳化、易黃變、易發(fā)芽[1]。常見的危害主要為霉菌產生的有毒物質,其中危害最高的是黃曲霉毒素B1(AFB1),國際癌癥研究機構已經將AFB1列為一類致癌物[2]。很多國家都對食品中AFB1含量作出嚴格的限量規(guī)定。中國食品安全標準中規(guī)定了幾種易受污染的食物中AFB1的限量標準,玉米、花生、花生油中AFB1允許量為≤20 μg/kg;食用油為≤10 μg/kg;糧食、豆類、發(fā)酵食品為≤5 μg/kg。歐盟等國家規(guī)定稻谷中AFB1含量不能超過5 μg/kg[3]。王艷等[4]采用高效液相色譜法對沿海、西南、華中、華北、東北、西北等6個地區(qū)的蕎麥種子、米、粉、茶、面、飯等不同類型的蕎麥食品中黃曲霉毒素B1、B2、G1、G2含量進行測定,發(fā)現(xiàn)6個地區(qū)蕎麥食品中總的黃曲霉毒素的檢出率為34.92%,最高為26.8 μg/kg。因此,苦蕎制品存在較大的安全風險,研究有效的黃曲霉毒素降解技術可降低其安全風險,減少損失。

傳統(tǒng)的黃曲霉毒素降解方式有化學、生物和物理方法?；瘜W法主要包括堿處理法和氧化法,但化學法本身存在不穩(wěn)定性,且安全性有待于評估,對產品的其他成分也有一定程度的破壞,因而其應用也受到限制[5-6],生物方法會破壞產品性質,所以適用范圍有限[7]。物理方法主要包括高溫法、輻射法和物理吸附法[8-9]。其中,采用高溫法要加熱至300 ℃才能使AFB1有明顯的分解,顯然成本太高且并不適用與大部分類型的產品。Jubeen等[10]研究了紫外光照射對胡桃、杏仁、開心果和花生中黃曲霉毒素降解效果,發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素G2在照射15 min后被完全降解,黃曲霉毒素G1只有在杏仁和開心果中的降解率能達到100%,AFB1在照射45 min后降解率達到96.5%。Tripathi等[11]研究了長波紫外光(365 nm)對紅辣椒中AFB1的降解效果,30 min后降解率達到59.62%。Ghanem等[12]采用10 kGy劑量的γ射線照射被AFB1污染的花生、玉米和水稻后,發(fā)現(xiàn)其降解率分別達到58.6%、81.1%和87.8%。綜合對比,只有物理降解方法可以最大程度減少對產品的破壞。

本研究通過對比微波、紫外線、γ射線輻照三種物理降解技術,篩選出較適宜的物理降解技術,實現(xiàn)對苦蕎飯中AFB1的無損降解,為保障食品安全提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

苦蕎飯 貴州威寧東方神谷食品有限公司提供;99% AFB1標準品 北京索萊寶科技有限公司;甲醇 液相色譜級,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;所用水為超純水。

1260型高效液相色譜儀 配紫外檢測器,色譜柱為Shiseido C18(4.6 mm×250 mm×5 μm),美國Agilent公司;EM-L520P型微波爐 合肥榮事達三洋電器股份有限公司;GHS型紫外燈 深圳市光華士科技有限公司;RE-5299型旋轉蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 高效液相色譜法測定苦蕎飯中AFB1采用高效液相色譜法檢測苦蕎飯中的AFB1,參照田爾諾等[13]的試驗方法并做簡單修改。稱取30 g苦蕎飯放入250 mL燒瓶中,加入100 mL甲醇,150 r/min震蕩30 min,10000 r/min離心5 min,取離心管中有機溶劑,重復上述萃取步驟2次,將萃取收集的溶液置于旋蒸儀上50 ℃旋蒸,濃縮并用甲醇定容至10 mL,-20 ℃保存待檢測。色譜條件:檢測波長:365 nm;流動相:水∶甲醇(65∶35,V/V);進樣體積:10 μL;流動相流速:1.0 mL/min;色譜柱柱溫:30 ℃。以AFB1標品濃度為橫坐標X,峰面積為縱坐標Y,繪制標準曲線方程為:Y=13061X+40.559,R2=0.9993,RSD=4.6%(n=6),加標回收率為92.6%。樣品中AFB1降解率參照公式(1)進行計算:

式(1)

其中:C0代表樣品中AFB1初始含量;C1代表樣品經過降解處理后的AFB1含量。

1.2.2 樣品加標試驗 分別取7.5、30、60 μg/mL AFB1標準溶液1 mL,加入500 mL超純水中,混勻,分別加入成品苦蕎飯各1 kg,攪拌均勻,放置12 h,中間不斷攪拌,使水分均勻吸收[14]。然后置于80 ℃熱風干燥箱中干燥5 h,控制樣品含水量為13%左右,使得樣品重量恢復至1 kg。

1.2.3 微波降解試驗 為了考察微波降解效果,分別采用“低功率長時間”和“高功率短時間”降解的方式進行試驗。分別稱取加標樣品(7.5、30、60 μg/kg)50 g,設定微波功率分別為150、200、250、300、350、400 W,時間30 min,采用高效液相色譜法測定AFB1的含量,并計算降解率。稱取各加標樣品50 g,設定微波功率分別為500、600、700、800、900 W,時間30 s,采用高效液相色譜法測定AFB1的含量,并計算降解率。

稱取各加標樣品50 g,設定微波功率分別為250 W,時間分別為0、10、20、30、40、50、60 min,采用高效液相色譜法測定AFB1的含量,計算降解率。稱取各加標樣品50 g,設定微波功率分別為600 W,時間分別為0、15、30、45、60、75、90、120、150、180 s,采用高效液相色譜法測定AFB1的含量,計算降解率。

1.2.4 紫外降解試驗 分別稱取加標樣品(7.5、30、60 μg/kg)50 g,在波長為365 nm,功率為100 W的紫外燈下照射,照射高度為20 cm,設定照射時間分別為0、10、20、30、40、50、60 min,采用高效液相色譜法測定AFB1的含量,計算降解率。稱取加標樣品50 g,在波長為365 nm,功率為100 W的紫外燈下照射,照射時間為30 min,設定照射高度分別為10、20、30、40、50、60、70、80 cm,采用高效液相色譜法測定AFB1的含量,計算降解率。

1.2.5γ射線輻照試驗 苦蕎飯輻照委托貴州省農科院金農輻照有限公司進行處理,稱取50 g待輻照苦蕎飯4份,用自封袋密封后,在選定輻照劑量下(0、5、10、15、20 kGy)進行60Coγ射線輻照處理。

1.2.6 幾種物理降解技術聯(lián)用 分別稱取加標樣品(7.5、30、60 μg/kg)50 g,在單因素實驗得到的較優(yōu)微波條件、紫外條件及γ射線輻照條件下進行2種或3種物理降解技術的聯(lián)用,即樣品依次通過微波處理、紫外照射、γ射線輻照,對比幾種物理降解技術交互作用效果。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用高效液相色譜法測定AFB1含量時進行3次平行測定并取平均值。采用Excel(Microsoft Office 2003)進行數(shù)據(jù)處理,Origin(Version 8.6)進行作圖,采用SPSS(Version 17.0)進行統(tǒng)計學分析,P<0.05認為有統(tǒng)計學顯著性差異,P<0.01認為有統(tǒng)計學極顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 微波降解技術的研究

2.1.1 微波功率對黃曲霉毒素降解的影響 由圖1A可知,在低功率條件下,隨著微波功率增加,苦蕎飯中AFB1在不同加標條件下的最大降解率分別為3.6%±0.5%(7.5 μg/kg)、5.2%±0.4%(30 μg/kg)、5.7%±0.5%(60 μg/kg),較優(yōu)輻照功率為300 W。由圖1B可知,在高功率條件下,隨著微波功率增加,苦蕎飯中AFB1在不同加標條件下的最大降解率分別為3.1%±0.2%(7.5 μg/kg)、4.3%±0.4%(30 μg/kg)、4.8%±0.3%(60 μg/kg),較優(yōu)輻照功率為800 W。兩種條件下,隨著微波功率增加,苦蕎飯中AFB1降解率并沒有大幅升高,降解效果較差。實驗結果顯示高功率降解率沒有低功率好,推測高功率可能會引起樣品性狀發(fā)生變化。

圖1 微波功率對苦蕎飯中AFB1降解的影響Fig.1 Effects of microwave power on AFB1degradation in tartary buckwheat rice

Farag等[15]研究發(fā)現(xiàn),隨著微波強度(100～800 W)的增加和微波時間的延長,黃曲霉毒素的降解率也不斷提高。王周利等[16]采用微波技術降解玉米粉中AFB1,發(fā)現(xiàn)微波主要利用非熱效應對AFB1進行降解,當功率為250 W、時間為30 min時,AFB1降解率大于90%,殘留量在國標和歐盟安全限量范圍之內。與上述報道相比,苦蕎飯中AFB1的降解率較低,可能原因如下:與玉米粉等原料相比,苦蕎飯為圓粒狀,結構相對緊密,阻礙了微波對苦蕎飯中AFB1的降解;微波降解過程是利用其熱效應,即指微波能轉化為熱能而被材料吸收的效應,表現(xiàn)為產品的溫度升高,但AFB1性狀較為穩(wěn)定,可能產品升高溫度不足以使AFB1大量降解[17]。

2.1.2 微波時間對黃曲霉毒素降解的影響 由圖2A可知,低功率250 W條件下,隨著微波時間增加,苦蕎飯中AFB1在不同加標條件下的最大降解率為2.7%±0.6%(7.5 μg/kg)、5.2%±0.9%(30 μg/kg)、5.5%±0.3%(60 μg/kg),較優(yōu)微波時間為40 min。由圖2B可知,高功率600 W條件下,隨著微波時間增加,苦蕎飯中AFB1在不同加標條件下的最大降解率為2.9%±0.4%(7.5 μg/kg)、3.7%±0.2%(30 μg/kg)、4.3%±0.5%(60 μg/kg),較優(yōu)微波時間為120 s。兩種條件下,隨著微波時間增加,苦蕎飯中AFB1降解率并沒有大幅升高,降解效果較差。Mobeen等[18]將污染了AFB1和AFB2的花生及花生制品置于微波爐中處理,結果發(fā)現(xiàn)各產品中AFB1的降解率為51.1%～100%,而AFB2則被完全降解。綜上,微波對苦蕎飯中AFB1降解效果較差,且微波加熱過程中會造成苦蕎飯失水,影響產品品質,不適宜用于苦蕎飯中AFB1降解。

圖2 微波時間對AFB1降解的影響Fig.2 Effects of microwave time on AFB1degradation in tartary buckwheat rice注：圖2A微波功率為250 W；圖2B微波功率為600 W。

2.2 紫外降解技術研究

由圖3A可知,隨著紫外照射時間增加,三種加標條件下苦蕎飯中AFB1降解率均呈升高趨勢,在紫外照射時間為50 min時,AFB1的降解率分別達到8.3%±1.5%(7.5 μg/kg)、29.2%±1.9%(30 μg/kg)、31.9%±1.8%(60 μg/kg),之后隨紫外照射時間繼續(xù)增加,降解率基本保持不變,所以選擇50 min為較優(yōu)的紫外照射時間。由圖3B可知,隨著紫外輻照高度增加,AFB1降解率先升高后降低,在紫外照射高度為30 cm時,AFB1的降解率最大,分別達到9.8%±1.6%(7.5 μg/kg)、31.4%±1.7%(30 μg/kg)、29.0%±0.9%(60 μg/kg),所以選擇30 cm為較優(yōu)的紫外輻照高度。

圖3 紫外線照射對AFB1降解的影響Fig.3 Effects of ultraviolet irradiationon degradation of AFB1

賀冰[19]利用波長365 nm,功率100 W的紫外燈設備對含AFB1的花生油樣品進行了照射處理,實驗結果表明,隨著照射時間的延長,花生油樣品中AFB1的含量逐漸降低,在30 min內降解率基本可以達到95%。Liu等[20]用強度為800 μW/cm2的紫外光對花生油中AFB1的降解進行研究,結果顯示,經紫外光照射10 min,花生油中的AFB1(2 mg/kg)可以降解約80%。與已有研究相比,本實驗中AFB1的降解率較低,這可能是由于:紫外光的穿透能力不夠強,與花生油相比苦蕎飯致密的組織結構阻礙了紫外光對苦蕎飯內部AFB1的降解;紫外殺菌波長與DNA吸收峰相近,微生物受紫外線照射時會使DNA鍵斷裂,導致霉菌死亡,但本實驗屬于加標試驗,AFB1性質相對穩(wěn)定,紫外輻照對AFB1的降解效果有待進一步驗證[21]。

2.3 γ射線輻照降解技術的研究

試驗過程中并不清楚多大劑量會使AFB1降解,所以設定從高到低4個劑量值進行驗證摸索,圖4所示的是不同60Coγ射線輻照劑量對AFB1降解率的影響。從圖4中可以看出,在輻照劑量為20 kGy時,苦蕎飯中AFB1在不同加標條件下的降解率分別為33.6%±1.5%(7.5 μg/kg)、35.1%±1.7%(30 μg/kg)、45.7%±1.3%(60 μg/kg)。在所考察的輻照劑量范圍內相同條件下(含水量13%),苦蕎飯中AFB1的降解率隨輻照劑量的增加而顯著增加(P<0.05)。試驗結果與Hooshmand等[22]關于γ射線對玉米、小麥和大豆中AFB1輻照降解的研究結果相似。朱佳廷等[23]研究了輻照對稻米中AFB1的降解,發(fā)現(xiàn)在4 kGy的輻照劑量下,降解率達到42%,在6 kGy時,降解率可達到84%,當輻照劑量增至10 kGy 時,降解率達到98%。王鋒[24]測定了水、甲醇-水兩個體系中AFB1的降解率分別達到94.3%和58.8%,同時測定花生粕和純品固體中同劑量下AFB1的降解率為13.5%和10.3%,研究發(fā)現(xiàn)水在AFB1的輻射降解過程中發(fā)揮著重要作用。苦蕎飯中含水量較低,且結構致密,所以導致γ射線輻照降解效果較差。在20 kGy輻照劑量下不會造成殘留等安全問題,但對于苦蕎飯品質的影響需要進一步深入研究。

圖4 γ射線輻照劑量對AFB1降解的影響Fig.4 Effects of γ radiation doseon degradation of AFB1

2.4 不同降解技術的對比

由表1可知,在三種加標條件下,隨著加標劑量的增加,微波、紫外線、γ射線輻照三種降解技術對苦蕎飯中AFB1最大降解率均呈升高趨勢,γ射線輻照降解技術在7.5和60 μg/kg加標劑量下最大降解率均顯著高于微波和紫外線降解(P<0.05)。綜合對比,苦蕎飯中AFB1降解率為:γ射線輻照>紫外線降解>微波降解,但鑒于苦蕎飯?zhí)厥獾漠a品性質和AFB1本身性質穩(wěn)定,通過本實驗的3種物理降解技術,在不破壞產品外觀性狀的前提下,降解效果并不好,而且實驗過程中存在低劑量降解率低于高劑量降解率的現(xiàn)象,可能是污染量少的時候降解量也相對較少,所以降解率偏低。3種降解技術降解效果都欠佳,在低劑量污染時有一定的應用價值,高劑量污染時需要采取更為有效的降解措施。

表1 不同降解技術對苦蕎飯中AFB1降解率對比Table 1 Comparison of degradation rates of AFB1 in tartary buckwheat rice by different degradation technologies

注：不同小寫字母代表同種加標劑量下降解率差異顯著,P<0.05。

通過將不同降解技術進行聯(lián)合,考察3種降解技術協(xié)同降解效果,發(fā)現(xiàn)將任意2種或者3種降解技術聯(lián)合后,其降解率均顯著增加(P<0.05)。3種降解技術聯(lián)合降解效果色譜圖見圖5。三種技術聯(lián)合降解率可達51.9%±0.9%(7.5 μg/kg)、66.5%±0.7%(30 μg/kg)、71.5%±0.9%(60 μg/kg)?？偟膩碚f,低劑量污染時,3種物理降解技術可以將污染劑量降解至國家安全標準(GB 2761-2017)以內,高劑量污染時無法將污染劑量降解至安全范圍以內,所以3種物理降解技術對于苦蕎飯中低劑量的黃曲霉毒素污染有一定的利用價值。

圖5 微波+紫外線+γ射線輻照聯(lián)合降解效果色譜圖Fig.5 Chromatographic diagram of the combineddegradation effect of the three technologies ofmicrowave,ultraviolet and γ ray irradiation注:A代表加標量7.5 μg/kg;B代表加標量30 μg/kg;C代表加標量60 μg/kg。

3 結論

對比了微波、紫外線、γ射線三種物理方法對貴州苦蕎飯中AFB1的降解效果,結果顯示,在不同加標條件下,微波降解率最低,γ射線在輻照劑量為20 kGy時,降解率分別為33.6%±1.5%(7.5 μg/kg)、35.1%±1.7%(30 μg/kg)、45.7%±1.3%(60 μg/kg)。同時對3種技術協(xié)同作用進行研究,發(fā)現(xiàn)將任意2種或者3種降解技術聯(lián)合后,其降解率均顯著增加(P<0.05),3種技術聯(lián)合降解率可達51.9%±0.9%(7.5 μg/kg)、66.5%±0.7%(30 μg/kg)、71.5%±0.9%(60 μg/kg)?？偟膩碚f,物理降解技術達到的效果有限,且γ射線輻照能量大,容易破壞物質的化學結構,并可能會發(fā)生較為復雜的化學反應,對產品品質的影響還有待評估。下一步應綜合考察物理降解技術對產品內在營養(yǎng)品質和外在感官品質的影響,為苦蕎飯中黃曲霉毒素污染問題提供全面的解決方案。